CN223477301U - 一种晶圆抛光设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种晶圆抛光设备，包括：用于暂存多片待抛光的晶圆的上料缓存区；用于对晶圆进行抛光处理的抛光装置；用于暂存已抛光的晶圆的下料缓存区；用于对已抛光的晶圆进行清洗、干燥处理的清洗干燥区；用于承接来自清洗干燥区的晶圆的最终下料区；用于在上料缓存区、抛光装置、下料缓存区、清洗干燥区及最终下料区之间转移晶圆的晶圆转移机构；用于控制上料缓存区、抛光装置、下料缓存区、清洗干燥区、最终下料区及晶圆转移机构的工作状态的控制单元，控制单元分别与上料缓存区、抛光装置、下料缓存区、清洗干燥区、最终下料区及晶圆转移机构连接。本公开的晶圆抛光设备能够实现晶圆抛光工艺段的自动上下料作业，提高生产效率。

Description

一种晶圆抛光设备

技术领域

本实用新型涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种晶圆抛光设备。

背景技术

晶圆在抛光设备的加工过程中，需要不断的进行上料、下料及冲洗等动作。然而，目前，在晶圆抛光工艺段主要依靠人工作业，完成晶圆上料、下料、清洗等作业，生产效率较低，并且操作人员作业时，可能产生混料及不必要的碎片情况。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中至少一种技术问题，本公开实施例提供了一种晶圆抛光设备。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

本公开实施例提供了一种晶圆抛光设备，包括：

用于暂存多片待抛光的晶圆的上料缓存区；

用于对晶圆进行抛光处理的抛光装置；

用于暂存已抛光的晶圆的下料缓存区；

用于对已抛光的晶圆进行清洗、干燥处理的清洗干燥区；

用于承接来自所述清洗干燥区的晶圆的最终下料区；

用于在所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区及所述最终下料区之间转移晶圆的晶圆转移机构；及

用于控制所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区及所述晶圆转移机构的工作状态的控制单元，所述控制单元分别与所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区及所述晶圆转移机构连接。

示例性的，所述晶圆转移机构包括：

用于将待抛光的晶圆转移至所述上料缓存区的第一上料机械臂，所述第一上料机械臂被构造为在所述上料搬运机构与所述上料缓存区之间可摆动；

用于将待抛光的晶圆从所述上料缓存区转移至所述抛光装置的第二上料机械臂，所述第二上料机械臂被构造为在所述上料缓存区与所述抛光装置之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述抛光装置转移至所述下料缓存区的下料机械臂，所述下料机械臂被构造为在所述抛光装置与所述下料缓存区之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述下料缓存区转移至所述清洗干燥区的第三上料机械臂，所述第三上料机械臂被构造为在所述下料缓存区与所述清洗干燥区之间可摆动。

示例性的，所述第一上料机械臂、所述第二上料机械臂、所述第三上料机械臂及所述下料机械臂中至少一者的执行末端设置有多个真空吸盘，所述多个真空吸盘用于在晶圆转移过程中吸附所述晶圆。

示例性的，所述上料缓存区、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区均位于所述抛光装置的同一侧，且所述第一上料机械臂位于所述上料缓存区与所述抛光装置之间，所述下料机械臂位于所述抛光装置与所述下料缓存区之间，所述第三上料机械臂位于所述下料缓存区与所述清洗干燥区之间。

示例性的，所述晶圆抛光设备还包括：

用于搬运来自上一工序的待抛光的晶圆的上料搬运机构；以及

用于将所述最终下料区的晶圆搬运至下一工序的下料搬运机构。

示例性的，所述上料搬运机构和所述下料搬运机构均包括无人搬运车。

示例性的，所述控制单元还与所述上料搬运机构、所述下料搬运机构连接，以控制所述上料搬运机构、所述下料搬运机构的工作状态。

示例性的，所述抛光装置包括多个晶圆载具；所述晶圆抛光设备还包括视觉定位装置，所述视觉定位装置被配置为根据采集到的晶圆载具的图像，确定多片待抛光的晶圆在每个所述晶圆载具中的放置位置、以及确定多片已抛光的晶圆在所述晶圆载具中的位置。

示例性的，所述下料缓存区包括：用于暂存已抛光的晶圆的清洗槽；及，用于对所述清洗槽中所存放的已抛光的晶圆进行初步清洗的初步清洗组件，所述初步清洗组件设置在所述清洗槽中。

示例性的，所述初步清洗组件包括鼓泡清洗组件；其中所述鼓泡清洗组件的清洗剂包括去离子水，鼓泡气体包括氮气。

本公开实施例所带来的有益效果如下：

本公开实施例所提供的晶圆抛光设备中，设置有上料缓存区、抛光装置、下料缓存区、清洗干燥区、最终下料区、晶圆转移机构及控制单元，其中所述控制单元可以控制所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区及所述晶圆转移机构的工作状态，以通过所述晶圆转移机构在所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区之间转移晶圆，实现整个抛光工序中晶圆的自动上料、下料等作业，相较于现有技术中需要人工来完成晶圆上料、下料、清洗等作业的方式来说，可以提高生产效率，且避免发生人工作业导致的混料及碎片等情况。

附图说明

图1表示本公开实施例提供的抛光设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本公开实施例中使用的“平行”、“垂直”以及“相同”等特征均包括严格意义的“平行”、“垂直”、“相同”等特征，以及“大致平行”、“大致垂直”、“大致相同”等包含一定公差的情况，考虑到测量和与特定量的测量相关的公差(例如，测量系统的限制)，表示在本领域的普通技术人员所确定的对于特定值的可接受的偏差范围内。例如，“大致”能够表示在一个或多个标准偏差内，或者在所述值的3％或者5％内。

此外，在本文中，除非另有定义，否则术语“基本”、“实质”、“大约”和“约”用于描述和解释小的变化。当与事件或情况一起使用时，这些术语可以涵盖该事件或情况精确发生的情况，也可以涵盖该事件或情况近似发生的情况。例如，当与数值一起使用时，这些术语可以包括该数值的小于或等于10％的变化范围，诸如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、小于或等于±0.05％。术语“基本上共面”可以指两个表面在微米范围内沿同一平面排列，例如在40μm、30μm、20μm、10μm或1μm内沿同一平面排列。

如图1所示，本公开实施例提供了一种晶圆抛光设备，其包括：

用于暂存多片待抛光的晶圆的上料缓存区100；

用于对晶圆进行抛光处理的抛光装置200；

用于暂存已抛光的晶圆的下料缓存区300；

用于对已抛光的晶圆进行清洗、干燥处理的清洗干燥区400；

用于承接来自所述清洗干燥区400的晶圆的最终下料区500；

用于在所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区300、所述清洗干燥区400及所述最终下料区500之间转移晶圆的晶圆转移机构600；

控制单元，所述控制单元分别与所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500及所述晶圆转移机构600连接，所述控制单元用于控制所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500及所述晶圆转移机构600的工作状态。

上述方案中，所述晶圆抛光设备中设置有所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区300、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500、所述晶圆转移机构600及所述控制单元，其中所述控制单元可以控制所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500及所述晶圆转移机构600的工作状态，通过所述晶圆转移机构600在所述上料缓存区100、所述抛光装置200、所述下料缓存区300、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500之间转移晶圆，实现整个抛光工序中晶圆的自动上料、下料、清洗等作业，相较于现有技术中需要人工来完成晶圆上料、下料等作业的方式来说，可以提高生产效率，且避免发生人工作业导致的混料及碎片等情况。

在晶圆进行研磨之前，先将待抛光的多片晶圆暂存在所述上料缓存区100，在晶圆研磨完成之后，先将已抛光的多片晶圆暂存在所述下料缓存区300，这样，可以保证作业连续性和稳定性。例如，所述上料缓存区100内可暂存的晶圆数量为20pcs；所述下料缓存区300内可暂存的晶圆数量为20pcs。然而并不以此为限。

此外，在一些实施例中，通过在所述控制单元中预设控制策略，还可以实现将所述上料缓存区100中暂存的多片晶圆按照先进先出的方式，自动转移至所述抛光装置200。同样的，通过在所述控制单元中预设控制策略，还可以实现将所述下料缓存区300中暂存的多片晶圆按照先进先出的方式，自动转移至所述清洗干燥区400。这样，在整个自动上下料过程中，遵循先进先出的原则，可以消除混料风险。

在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述晶圆转移机构600可以包括：

用于将待抛光的晶圆转移至所述上料缓存区100的第一上料机械臂610，所述第一上料机械臂610被构造为在上料端与所述上料缓存区100之间可摆动；

用于将待抛光的晶圆从所述上料缓存区100转移至所述抛光装置200的第二上料机械臂620，所述第二上料机械臂620被构造为在所述上料缓存区100与所述抛光装置200之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述抛光装置200转移至所述下料缓存区300的下料机械臂630，所述下料机械臂630被构造为在所述抛光装置200与所述下料缓存区300之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述下料缓存区300转移至所述清洗干燥区400的第三上料机械臂640，所述第三上料机械臂640被构造为在所述下料缓存区300与所述清洗干燥区400之间可摆动。

采用上述方案，可以通过机械臂实现晶圆的转移，机械臂易于控制。可以理解的是，所述晶圆转移机构600也可以不限于机械臂来实现。

此外，在一些示例性的实施例中，所述第一上料机械臂610、所述第二上料机械臂620、所述第三上料机械臂640及所述下料机械臂630中至少一者的执行末端设置有多个真空吸盘，所述多个真空吸盘用于在晶圆转移过程中吸附所述晶圆。

采用上述方案，采用机械臂转移晶圆时，可通过机械臂的执行末端所设置的真空吸盘来吸附固定晶圆，当将晶圆转移到目标位置之后，破真空释放晶圆，完成晶圆的转移。

在上下料过程中，为了保证机械臂的执行末端每个真空吸盘对晶圆的吸附效果，在实际实施过程中，可增加真空吸盘的吸附力，具体方法本实用新型实施例不作具体阐述。并且，机械臂完成晶圆的上下料操作完成后，可恢复至原始状态，准备下一轮的上下料操作。

此外，对于所述第一上料机械臂610、所述第二上料机械臂620、所述第三上料机械臂640及所述下料机械臂630的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本公开的限制。

此外，在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述上料缓存区100、所述下料缓存区300、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500均位于所述抛光装置200的同一侧，且所述第一上料机械臂610位于所述上料缓存区100与所述抛光装置200之间，所述下料机械臂630位于所述抛光装置200与所述下料缓存区300之间，所述第三上料机械臂640位于所述下料缓存区300与所述清洗干燥区400之间。

采用上述方案，可以将所述上料缓存区100、所述下料缓存区300、所述清洗干燥区400、所述最终下料区500沿着流水线方向依次布置在所述抛光装置200的同一侧，且将所述第一上料机械臂610位于所述上料缓存区100与所述抛光装置200之间，所述下料机械臂630位于所述抛光装置200与所述下料缓存区300之间，所述第三上料机械臂640位于所述下料缓存区300与所述清洗干燥区400之间，这样，该抛光设备的自动上下料的流水线布局更为紧凑、合理。当然可以理解的是，自动上下料的流水线布局方式并不限定于此。

此外，在一些示例性的实施例中，所述晶圆抛光设备还包括：用于搬运来自上一工序的待抛光的晶圆的上料搬运机构710；以及，用于将所述最终下料区500的晶圆搬运至下一工序的下料搬运机构720。所述控制单元还与所述上料搬运机构710、所述下料搬运机构720连接，以控制所述上料搬运机构710、所述下料搬运机构720的工作状态。如此，可进一步实现抛光过程的自动化上下料过程。

示例性的，所述上料搬运机构710和所述下料搬运机构720均包括无人搬运车。无人搬运车(Automated Guided Vehicle，AGV)是一种自动化运输设备，广泛应用于工业和物流领域。AGV系统通常通过预设的路径或导航系统，在工厂、仓库等环境中自动移动，完成物料搬运、货物运输等任务。

采用上述方案，将晶圆抛光过程中的上、下料过程，搭配AGV系统来将晶圆从上一工序搬运来，并通过所述第一上料机械臂610可将所述无人搬运车搬运来的待抛光的晶圆上料至所述上料缓存区100；并通过所述无人搬运车将所述最终下料区500中已完成抛光、清洗、干燥处理的晶圆搬运至下一工序，从而进一步完善整个抛光工艺段的自动上下料过程。所述最终下料区500与所述下料搬运机构720之间可以通过机械臂或传输带等方式进行晶圆转移。

此外，在本公开一些示例性的实施例中，所述抛光装置200可以包括抛光盘、多个晶圆载具、内销环和外销环等。以双面抛光装置200为例，可以包括上抛光盘和下抛光盘，其中在所述下抛光盘上设置有内销环和外销环，多个所述晶圆载具位于所述内销环和所述外销环之间，所述晶圆载具通过所述内销环和所述外销环驱动自转，且所述下抛光盘带动所述晶圆载具公转，实现晶圆抛光。其中，一个所述晶圆载具可具有多个晶圆承载区，即一个所述晶圆载具可承载有多片晶圆。此外，对于所述抛光装置200的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本公开的限制。

在一些示例性的实施例中，所述晶圆抛光设备还可以包括视觉定位装置。视觉定位装置可以是一种利用图像处理和计算机视觉技术来确定物体位置和姿态的系统，视觉定位装置可以使用摄像头或其他成像设备捕捉环境图像，并通过分析这些图像来获取目标物体的位置信息。

所述视觉定位装置被配置为用于：根据采集到的晶圆载具的图像，确定多片待抛光的晶圆在每个所述晶圆载具中的放置位置，以使得所述第二上料机械臂620的多个真空吸盘吸附的多片待抛光的晶圆能够精确地放置于所述晶圆载具中；以及，根据采集到的晶圆载具的图像，确定多片已抛光的晶圆在所述晶圆载具中的位置，以使得所述下料机械臂630的多个真空吸盘能够精确地吸附所述晶圆载具中已抛光的晶圆。

其中，所述视觉定位装置的摄像头可以是设置在所述第二上料机械臂620和所述下料机械臂630的执行末端，或者是设置在所述抛光装置200上。

此外，在一些示例性的实施例中，所述下料缓存区300包括：用于暂存已抛光的晶圆的清洗槽；及，用于对所述清洗槽中所存放的已抛光的晶圆进行初步清洗的初步清洗组件，所述初步清洗组件设置在所述清洗槽中。

采用上述方案，在将已抛光的晶圆暂存在所述下料缓存区300中时，可对晶圆进行初步清洗之后，再进入清洗干燥区400进行二次清洗，以提高晶圆表面清洗效果，进而提升产品品质。

其中，在一些示例性的实施例中，所述初步清洗组件包括鼓泡清洗组件；其中，所述鼓泡清洗组件的清洗剂包括去离子水(DIW)，鼓泡气体包括氮气(N₂)。去离子水(DIW)由于其高纯度，去离子水可以有效地溶解和去除溶解在水中的杂质和污染物。氮气(N₂)作为惰性气体，可以用于鼓泡，帮助去除水中的气泡和杂质，同时可以防止氧化反应的发生。

所述鼓泡清洗组件可以是将氮气通过适当的装置(例如气泡发生器)引入去离子水中，以形成气泡。氮气的鼓泡可以增加水的流动性，帮助水流动到物体表面，增强清洗效果。对于所述鼓泡清洗组件的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本公开的限制。

此外，在一些实施例中，所述清洗干燥区400可以包括清洗机，清洗机可以选用清洗区410和干燥区420，已抛光的晶圆可被所述第三上料机械臂640上料至所述清洗区410进行二次清洗，清洗后的晶圆进入所述干燥区420进行风干，风干后的晶圆自动进入到所述最终下料区500。对于所述清洗机的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本公开的限制。

此外，需要说明的是，经清洗、干燥后的晶圆可以是被自动转移至所述最终下料区500，例如可通过机械臂(例如所述第三上料机械臂640)或者是传输带等完成转移，对此不限定。

本公开一些实施例提供的抛光设备的工作过程如下：

无人搬运车(上料搬运机构710)搬运来自上一工序的待抛光的晶圆；

所述第一上料机械臂610将所述无人搬运车上待抛光的晶圆转移至所述上料缓存区100；

所述上料缓存区100中暂存多片待抛光的晶圆；

所述视觉定位装置定位所述抛光装置200中的晶圆载具的位置，所述第二上料机械臂620将所述上料缓存区100的晶圆转移至所述晶圆载具上；

所述抛光装置200对所述晶圆进行抛光研磨；

所述视觉定位装置定位所述抛光装置200中的晶圆载具的位置，所述下料机械臂630将已抛光的晶圆转移至所述下料缓存区300；

所述下料缓存区300暂存已抛光的晶圆，并对晶圆进行鼓泡清洗；

所述第三上料机械臂640将所述下料缓存区300的晶圆转移至所述清洗干燥区400；

所述清洗干燥区400对所述晶圆进行清洗、干燥处理，并转移至所述最终下料区500；

所述无人搬运车(下料搬运机构720)将所述最终下料区的晶圆搬运至下一工序。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆抛光设备，其特征在于，包括：

用于暂存多片待抛光的晶圆的上料缓存区；

用于对晶圆进行抛光处理的抛光装置；

用于暂存已抛光的晶圆的下料缓存区；

用于对已抛光的晶圆进行清洗、干燥处理的清洗干燥区；

用于承接来自所述清洗干燥区的晶圆的最终下料区；

用于在所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区及所述最终下料区之间转移晶圆的晶圆转移机构；及

用于控制所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区及所述晶圆转移机构的工作状态的控制单元，所述控制单元分别与所述上料缓存区、所述抛光装置、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区及所述晶圆转移机构连接。

2.根据权利要求1所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述晶圆转移机构包括：

用于将待抛光的晶圆转移至所述上料缓存区的第一上料机械臂；

用于将待抛光的晶圆从所述上料缓存区转移至所述抛光装置的第二上料机械臂，所述第二上料机械臂被构造为在所述上料缓存区与所述抛光装置之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述抛光装置转移至所述下料缓存区的下料机械臂，所述下料机械臂被构造为在所述抛光装置与所述下料缓存区之间可摆动；

用于将已抛光的晶圆从所述下料缓存区转移至所述清洗干燥区的第三上料机械臂，所述第三上料机械臂被构造为在所述下料缓存区与所述清洗干燥区之间可摆动。

3.根据权利要求2所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述第一上料机械臂、所述第二上料机械臂、所述第三上料机械臂及所述下料机械臂中至少一者的执行末端设置有多个真空吸盘，所述多个真空吸盘用于在晶圆转移过程中吸附所述晶圆。

4.根据权利要求2所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述上料缓存区、所述下料缓存区、所述清洗干燥区、所述最终下料区均位于所述抛光装置的同一侧，且所述第一上料机械臂位于所述上料缓存区与所述抛光装置之间，所述下料机械臂位于所述抛光装置与所述下料缓存区之间，所述第三上料机械臂位于所述下料缓存区与所述清洗干燥区之间。

5.根据权利要求1所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述晶圆抛光设备还包括：

用于搬运来自上一工序的待抛光的晶圆的上料搬运机构；以及

用于将所述最终下料区的晶圆搬运至下一工序的下料搬运机构。

6.根据权利要求5所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述上料搬运机构和所述下料搬运机构均包括无人搬运车。

7.根据权利要求5所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述控制单元还与所述上料搬运机构、所述下料搬运机构连接，以控制所述上料搬运机构、所述下料搬运机构的工作状态。

8.根据权利要求1所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述抛光装置包括多个晶圆载具；所述晶圆抛光设备还包括视觉定位装置，所述视觉定位装置被配置为根据采集到的晶圆载具的图像，确定多片待抛光的晶圆在每个所述晶圆载具中的放置位置、以及确定多片已抛光的晶圆在所述晶圆载具中的位置。

9.根据权利要求1所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述下料缓存区包括：用于暂存已抛光的晶圆的清洗槽；及，用于对所述清洗槽中所存放的已抛光的晶圆进行初步清洗的初步清洗组件，所述初步清洗组件设置在所述清洗槽中。

10.根据权利要求9所述的晶圆抛光设备，其特征在于，所述初步清洗组件包括鼓泡清洗组件；其中所述鼓泡清洗组件的清洗剂包括去离子水，鼓泡气体包括氮气。